Cours de Base de Données Cours n.12

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1 Cours de Base de Données Cours n.12 Gestion des transactions : contrôle de concurrence Elisabetta De Maria - edemaria/ UFR Sciences et Laboratoire I3S, CNRS Université de Nice Sophia-Antipolis

2 Transaction Definition (Transaction) Une action ou une suite d actions demandée par un seul utilisateur ou programme d application, qui lit ou met à jour le contenu de la base de données. Une transaction est une unité logique de travail sur la base de données. Example (Tables Personnel et ProprietéAlouer) Personnel(numPersonnel, prénom, nom, fonction, salaire) ProprietéALouer(numProperieté, type, pièces, numpropriétaire, numpersonnel)

3 Examples de transactions

4 Résultats possibles d une transaction Si une transaction s achève avec succès, la transation est dite validée ou confirmée (committed) et la base de données atteint un nouvel état cohérent. Si une transaction ne s exécute pas avec succès, elle est avortée (aborted). Dans ce cas, la base de données doit retrouver l état cohérent qu elle avait avant le début de la transaction. Une transaction qui subit cette réinitialisation est dite annulée (rolled back).

5 Propriétés de transactions ACID (Haerder et Reuter, 1983) Atomicité. Une transaction forme une unité indivisible, soit exécutéee dans sa totalité, soit annullée dans sa totalité. Cohérence. Une transaction transforme la base de données d un état cohérent en un autre état cohérent. Isolation. Les transactions s exécutent de manière indépendante les unes des autres. Durabilité. Les effets d une transaction complètement achevée (validée par un COMMIT) sont inscrits de manière durable dans la base de données et ne peuvent subir de perte à la suite d une défaillance subséquente.

6 Necessité du contrôle de concurrence Un des principaux objectifs du développement d une base de données est de permettre à plusieurs utilisateurs d accéder simultanément à des données partagées. Definition (Contrôle de concurrence) Le procédé qui consiste à gérer des opérations simultanées sur une base de données, tout en interdisant les interférences entre ces opérations. Trois exemples de problèmes provoqués par la concurrence : le problème de la mise à jour perdue le problème de la dépendance non validée le problème de l analyse incohérente

7 Le problème de la mise à jour perdue Une opération de modification apparemment achevée avec succès par un utilisateur est écrasée par un autre utilisateur. Solde de 90 e au lieu de 190 e.

8 Le problème de la dépendance non validée (dirty read) Une transaction est autorisée à voir immédiatement les résultats d une autre transaction, avant que celle-ci n ait été validée. Solde de 190 e au lieu de 90 e.

9 Le proble me de l analyse incohe rente Une transaction lit plusieurs valeurs de la base de donne es mais une autre transaction en modifie certaines pendant l execution de la premie re transaction. Somme de 185 e au lieu de 175 e.

10 Capacité de sérialisation (1) La capacité de sérialisation (serializability) représente une aide à l identification des transactions dont l execution est garantie pour assurer la coherence. Definition (Planification (schedule)) Une séquence d opérations d un ensemble de n transactions T 1, T 2,..., T n qui preserve l ordre des opérations dans chacune des transactions. Definition (Planification sérielle) Une planification où les operations de chaque transaction sont exécutées de manière consécutive, sans aucune opération interfoliée d autres transactions.

11 Capacité de sérialisation (2) Definition (Planification non sérielle) Une planification où les opérations d un ensemble de transactions sont exécutées de manière interfoliée. Definition (Planification sérialisable) Une planification non sérielle qui produit les mêmes résultats qu une exécution sérielle. Si deux transactions ne font que lire des données, elles n entrent pas en conflit et leur ordre est sans importance. Si deux transactions soit lisent, soit écrivent complètement des données différentes, leur ordre est sans importance. Si une transaction écrit dans des données et si une autre transaction lit où écrit dans ces mêmes données, alors l ordre de leur exécution importe.

12 Example de planifications e quivalents Ce type de capacite de se rialisation est connu sous le terme de capacite de se rialisation des conflits.

13 Test de conflits de la capacité de sérialisation Pour une planification P, un graphe de précédence est un graphe dirigé G=(N,F) construit comme suit : Créer un nœud pour chaque transaction. Créer une flèche dirigée T i T j, si T j lit la valeur d un élément écrit par T i. Créer une flèche dirigée T i T j, si T j écrit une valeur dans un élément après qu il a été lu par T i. Créer une flèche dirigée T i T j, si T j écrit une valeur dans un élément après qu il a été écrit par T i. Si une flèche T i T j existe dans le graphe de précédence pour P, alors dans toute planification sérielle S équivalente à P, T i doit apparaître avant T j. Si le graphe de précédence contient un cycle, la planification n est pas sérialisable en vue de résoudre les conflits.

14 Planification sans se rialisation des conflits

15 Techniques de contrôle de concurrence Il existe différentes techniques de contrôle de concurrence qui permettent d exécuter des transactions en parallèle en toute sécurité, à condition de faire appel à certaines contraintes : les méthodes de verrouillage les méthodes d estampillage les méthodes optimistes

16 Definition (Verrouillage) Méthodes de verrouillage Une procédure employée pour contrôler les accès concurrents aux données. Lorsqu une transaction accède à une base de données, un verrou est susceptible de bloquer l accès à d autres transactions pour éviter de faux résultats. Definition (Verrou partagé) Si une transaction dispose d un verrou partagé sur une donnée, elle peut lire la donnée mais pas la modifier. Definition (Verrou exclusif) Si une transaction dispose d un verrou exclusif sur une donnée, elle peut lire et modifier cette donnée.

17 Usage des verrous Toute transaction devant accéder à une donnée verrouille d abord la donnée, demandant soit un verrouillage partagé soit un verrouillage exclusif. Si la donnée n est pas déjà verrouillée par une autre transaction, le verrou est accordé. Si la donnée est déjà verrouillée au moment de la demande, le SGBD détermine si la demande est compatible avec le verrou actuel. Si c est un verrou partagé que la transaction demande, alors qu un verrou partagé est déjà placé sur la donnée, la requête peut être satisfaite et le verrou est accordé ; dans le cas contraire, la transaction demanderesse doit attendre que le verrou se libère. Une transaction qui détient un verrou le conserve tant qu elle ne le libère pas explicitement pendant l execution ou implicitement lorsqu elle se termine (par une annullation ou une validation). Ce n est que lorqu un verrou exclusif est liberé que les effets de l opération d écriture qui a motivé le verrou deviennent visibles aux autres transactions.

18 Planification incorrecte du verrouillage Reprenons les deux transations du transparent 14. P = {verrou-écriture(t 9, solde x ), lecture(t 9, solde x ), écriture(t 9, solde x ), déverrouillage(t 9, solde x ), verrou-écriture(t 10, solde x ), lecture(t 10, solde x ), écriture(t 10, solde x ), déverrouillage(t 10, solde x ), verrou-écriture(t 10, solde y ), lecture(t 10, solde y ), écriture(t 10, solde y ), déverrouillage(t 10, solde y ), validation(t 10 ), verrou-écriture(t 9, solde y ), lecture(t 9, solde y ), écriture(t 9, solde y ), déverrouillage(t 9, solde y ), validation(t 9 )} Préalablement à l execution, solde x = 100 et solde y = 400. Si T 9 s exécute d abord : solde x = 220 et solde y = 330. Si T 10 s exécute d abord : solde x = 210 et solde y = 340. Résultat de P : solde x = 220 et solde y = 340.

19 Verrouillage en deux phases Definition (Verrouillage en deux phases (V2P)) Une transaction suit le protocole de verrouillage en deux phases si toutes les opérations de verrouillage précèdent la première opération de déverrouillage dans la transaction. Toute transaction est divisible en deux phases : une première phase de croissance où elle acquiert tous les verrous mais ne peut en libérer aucun, et une phase de résorption, au cours de laquelle elle libère tous les verrous et ne peut plus en obtenir aucun. Une transaction doit acquérir un verrou sur un élément avant de faire quoi que ce soit sur celui-ci. Une fois que la transaction libère un verrou, elle ne peut plus demander d autres verrous.

20 Éviter le problème de la mise à jour perdue à l aide de la V2P

21 Éviter le problème de la dépendance non validée à l aide de la V2P

22 E viter le proble me de l analyse incohe rente a l aide de la V2P

23 Blocage indéfini (deadlock) Definition (Blocage indéfini (deadlock)) L impasse générée par deux transactions (ou plus) qui attendent, l une, que des verrous se libèrent, alors qu ils sont détenus par l autre

24 Techniques permettent de gérer les verrous indéfinis Trois techniques permettent de gérer les verrous indéfinis : imposer un delai imparti prévenir les verrous indéfinis détecter les verrous et les récuperer

25 Détection des verrous indéfinis Le graphe de attentes est un graphe dirigé G=(N,F) construit comme suit : Créer un nœud pour chaque transaction. Créer une flèche T i T j quand la transaction T i attend de verrouiller un élément actuellement verrouillé par T j. Un verrou indéfini existe si et seulement si le graphe des attentes contient un cycle (Holt, 1972). Exercice : dessiner le graphe des attentes des transactions du transparent 23.

26 Récupération à la suite de la détection d un verrou indéfini Choisir la victime du verrou indéfini. Il est préférable d annuler une transaction qui vient juste de démarrer qu une autre s exécutant déjà depuis un moment. Il est préférable d annuler une transaction qui n a encore apporté que quelques modifications, plutôt qu une autre qui a déjà effectué un travail important sur la base de données. Il est préférable d annuler une transaction qui a encore beaucoup de modifications à apporter qu une autre qui n en a plus que quelques unes à effectuer. Éviter la famine (starvation).